Американские учёные создали нанометрический материал, объединяющий технологии материалов и биологии для регенерации поврежденных нервов. Это изобретение не только соединяет нервы, но и стимулирует их восстановление, давая настоящую надежду людям с повреждениями нервной системы. Оно открывает перспективу будущего, в котором восстановление нервов станет реальностью.
Восстановление нервных тканей — важная медицинская проблема, находящаяся на границе фундаментальных исследований и клинического применения. Повреждения нервов, вызванные травмами или дегенеративными болезнями, сказываются на жизни многих людей по всему миру.
В стремлении к практическим решениям учёные из Университета Райса создали нанометрический материал, способный не только восстанавливать повреждённые нервы, но и стимулировать их рост. .
Сила магнитоэлектрической стимуляции
Джошуа Чен и его коллеги из Университета Райса начали смелые исследования с целью создания материала, который может активно взаимодействовать с нервной системой. В сообщении для прессы он отмечает: Возник вопрос: возможно ли разработать материал, похожий на пыль или обладающий такой крошечной величиной, что его совсем немного (достаточно одной щепотки) внутри организма могло бы стимулировать мозг и нервную систему? «
Магнитоэлектрические материалы предоставляют решение благодаря способности преобразовывать магнитные поля в электрические. Такое преобразование принципиально важно, поскольку магнитные поля проходят через тело без помех, а нервная система осуществляет связь с помощью электрических сигналов.
Материал, созданный группой Чена, состоит из двух слоев сплава металлического стекла Metglas и пьезоэлектрического слоя титаната циркония, помещенного между ними. Он функционирует как мост, улавливая внешние магнитные поля и преобразуя их в электрические сигналы, которые затем могут быть интерпретированы и использованы нервами.
Многообещающая эффективность: нанопротезы на подходе
Исследователи из Университета Райса разработали материал, показавший высокую эффективность в экспериментах на крысах. С его помощью удалось не только стимулировать периферические нервы грызунов во время наркоза, но и восстановить функцию седалищного нерва, ранее перерезанного. Это говорит о том, что материал создает электрическую связь и способствует восстановлению поврежденных нервов, что важно для возвращения им функции.
Скорость работы этого материала заслуживает внимания.
Он способен действовать примерно в 120 раз быстрее, чем ранее разработанные материалы, применявшиеся в схожих условиях. Такая скорость необходима для эффективного взаимодействия с нервами и может быть особенно полезна в ситуациях, требующих быстрого ответа нерва.
Учёные предполагают широкое применение материала, в том числе для создания миниатюрных нейропротезов, которые возможно ввести в организм. Это может означать, что в будущем вместо сложных медицинских устройств, вживляемых при помощи хирургического вмешательства, для восстановления нервной коммуникации или регенерации нервов можно будет использовать подобные материалы.
Проблемы и перспективы
Магнитоэлектрические материалы в неврологии перспективны, но сталкиваются с трудностями, например, со скоростью генерируемых сигналов. В нормальном функционировании нервы человека имеют определенную «скорость» передачи электрических импульсов. Магнитоэлектрические материалы в исходном виде генерируют сигналы большей скоростью, чем могут воспринимать и обрабатывать нервные клетки. Это может сделать их неэффективными в практическом применении в неврологии.
Инженер по нейросcience Джейкоб Робинсон из Университета Райса утверждает, что… Для остальных магнитоэлектрических материалов взаимосвязь электрического и магнитного поля является прямой. Нам же потребовался материал с нелинейной зависимостью между этими полями. «.
Исследователи для решения этой проблемы приступили к оптимизации магнитоэлектрической пленки, добавив в состав материал два элемента — оксид платины гафния и оксид цинка. Эти элементы способны модулировать электрические свойства пленки, сохраняя при этом её внутренние характеристики, и регулируют скорость генерируемых сигналов, повышая совместимость с возможностями обнаружения человеческих нервов.
Также важно заметить, что команда сохранила толщину пленки примерно на уровне 200, добавив эти оксиды. нанометровБлагодаря этому устройство остается достаточно тонким и легким для медицинского использования, не причиняя пациенту дискомфорта. Такая тонка материала необходима для сохранения биосовместимости, что делает его перспективным кандидатом для будущего применения в регенеративной медицине.
Робинсон заключает: «Открывая новое вещество или новый класс веществ, предсказать все возможности его использования чрезвычайно сложно. «.